【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 小、靈敏度高、啟 動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)、低速時(shí)無(wú)爬行，可精密地控制微量進(jìn)給。 （ 3） 高精度 滾珠絲桿副運(yùn)動(dòng)中升溫較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 （ 4）高耐用性 鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化（ HRc5863）處理，并經(jīng)精密磨削，具有較高抗疲勞性，滾動(dòng)摩擦耗極微，具有較高的使用壽命和精度保持性。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) （ 5） 同步性好 由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無(wú)阻滯、無(wú)滑移，用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置，可以獲得較好的同步運(yùn)動(dòng)。 （ 6） 高可靠性 與其它傳 動(dòng)機(jī)械、液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲桿副故障率較低，維修保養(yǎng)也極其簡(jiǎn)單，只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵，在特殊場(chǎng)合可在無(wú)潤(rùn)滑狀態(tài)下進(jìn)行。 （ 7） 不能自鎖，有可逆性，即能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此絲杠立式使用時(shí)，應(yīng)增加制動(dòng)裝置。 滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算 1)確定滾珠絲杠導(dǎo)程 hP 由前面的設(shè)計(jì)可知，取 hP =5mm 2） 滾珠絲杠副載荷及 轉(zhuǎn)速計(jì)算 這里的載荷及轉(zhuǎn)速，是指滾珠絲杠的當(dāng)量載荷 mF 與當(dāng)量轉(zhuǎn)速 mn 。滾珠絲杠副在 1n 、2n 、 3n ?? n 轉(zhuǎn)速下，各轉(zhuǎn)速工作時(shí)間的百分比 1t %、 2t %、 3t %?? nt %，所受載荷分別是 1F 、 2F 、 3F ?? nF 。則： 3121 2 310 0 10 0 10 0 10 0nmn ttttn n n n n? ? ? ? ? ? ? ?????? ? （ ） 3 3 3 331231 1 2 2 3 31 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0nm n nttttF F n F n F n F n? ? ? ? ?????? （ ） 在本設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)動(dòng)的大部時(shí)間是快速進(jìn)給，則 400 80 / m in5mnr??，且在本設(shè)計(jì)中垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)主要是所帶的載荷為磨頭及其一起運(yùn)動(dòng)的部件總的重量 2020N 確定預(yù)期額定動(dòng)載荷 按滾珠絲杠副預(yù)期工作時(shí)間 Ln （小時(shí)）計(jì)算： 3 60 ( )100 mwam m n acFfC n L Nff? （ ） 式中： nL —— 預(yù)期工作時(shí)間（小時(shí)），查表得 15000nL ? h； af —— 精度系數(shù)，由表查得 ? ； cf —— 可靠性系數(shù)，查表得 cf =； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) wf —— 負(fù)荷系數(shù)，查表得 ? ； 代入式（ ） 3 2020 80 1500 100 1 ?? ? ? ??=(N) 3）按精度要求確定 允許的滾珠絲杠最小螺紋底徑 滾珠絲杠的安裝方式為兩端固定， 02 mFLd ??? （ ）式中： 0F —— 導(dǎo)軌靜摩擦力（ N），在本設(shè)計(jì)中為磨頭及相關(guān)部件的重量 0F=2020 N； L —— 滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間距離（ mm ）； L ? 行程 +安全行程 +余程 +螺母長(zhǎng)度一半 +支承長(zhǎng)度的一半 +磨頭支架高度 ? 行程 +（ 2~4） Ph+4Ph+(4~6)Ph+(1/20~1/10) 行程 ? (~)行程 +(10~14) Ph ? 1 .1 4 3 0 1 2 5 5 3 3? ? ? ?(mm) m? —— 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量（ μm ），取 m? =4； 2 2 0 0 0 5 3 30 . 0 3 9 2 0 . 1 3 34md ??? 4） 確定滾珠絲杠副規(guī)格代號(hào) 根據(jù)算出的 2md 、 hP 、 amC 及傳動(dòng)方式，選擇合適的滾珠絲杠，取公稱(chēng)直徑 0d =25，00mdd? ， a amCC? ，選擇絲杠型號(hào)為 FFZD25053。 5） 確定預(yù)緊滾珠絲杠副預(yù)緊力 PF 當(dāng)選擇預(yù)緊螺母型式的滾珠絲杠副時(shí)需確定預(yù)緊力 PF ，因最大軸向工作載荷 maxF 能確定 max 2020FN? 。 m a x11 2 0 0 0 6 6 6 ( )33PF F N? ? ? ? ? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁(yè) 6） 對(duì)預(yù)拉伸滾珠絲杠行程補(bǔ)償值 C和預(yù)拉伸力 Ft的計(jì)算 滾珠絲杠的熱變形將導(dǎo)致長(zhǎng)度、定位精度變化，根據(jù)公式（ ），熱變形為 。 δk＝α ? t Lu α — 熱膨脹系數(shù) ( 10－ 6)； ? t— 溫升 (一般取 2～ 4℃ )，取 ? t＝ ℃； Lu— 有效行程， Lu＝ Lk+Ln+2La； Ln— 螺母長(zhǎng)度 , Ln＝ 110mm； La— 安全行程， La＝ (1～ 2)Ph＝ 2 5＝ 10mm； Lu＝ Lk+Ln+2La＝ 270+110+2 10＝ 400mm； 所以， δk＝α ? t Lu＝ 10－ 6 400＝ ?m 為了補(bǔ)償熱變形的影響，行程偏差 C＝ δk＝ ?m 由于滾珠絲杠選擇的是兩端 固定的安裝方式，可以采用絲杠預(yù)拉伸的方法來(lái)進(jìn)一步補(bǔ)償熱變形，根據(jù)公式（ ）預(yù)拉伸力為： Ft＝ ? 各變量意義如上所示，則 Ft＝ ? ＝ ＝ (N) 7） 向額定靜載荷 oaC 驗(yàn)算 maxs a oaf F C? 式中： oaC —— 滾珠絲杠副的基本軸向額 定靜載荷（ N），查表得 10oaC ??kN； sf —— 靜態(tài)安全系數(shù)，取 2sf ? ； maxaF —— 最大軸向載荷（ N） m a x 2 2 0 0 0 4 0 0 0 3 0 . 4 9 9s a o af F N C k N? ? ? ? ? 所以絲杠額定靜載荷符合要求。 8） 確定滾珠絲杠副支承用軸承規(guī)格型號(hào) 在精密磨床上通常選用 60 角接觸軸承，并把 2 個(gè)以上的軸承組合起來(lái)施加預(yù)緊力來(lái)使用。本次設(shè)計(jì)為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，采用正面組合的 DF型組合形式。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 軸承特點(diǎn)：采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為 60 ，軸承軸向剛性大，與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，啟動(dòng)力矩較小。 軸承型號(hào)的選擇：軸承內(nèi)徑需小于絲杠的外徑 1d ＝ 20mm,所以左端軸承內(nèi)徑選擇 d＝ 20mm；所以滾珠絲杠選用軸承 型號(hào)為 7004C/DF 其技術(shù)參數(shù)為 30200NCa ? aC0 =62500N 軸承校核： 軸承額定動(dòng)載荷公式： PffC hl? P最大軸向載荷 lf 壽命系數(shù) hf 轉(zhuǎn)速系數(shù) 其中： P=mg=2500N lf =3 10500hL hL10 可靠性為 90%的額定壽命，取 20200h 則 lf = 500202020 ? hf = 7 9 33 ??mn 將 P， lf ， hf 的值代入，得 C= NN 30 20209 92425 0079 ??? 可用 9） 強(qiáng)度驗(yàn)算 ? ? 22 m a x14 adF??? ? ? （ ） ??? —— 許用應(yīng)力 (MPa) ，取 ??? =147； 2d —— 滾珠絲杠螺紋底徑（ mm）。 2 m a x11 4 7 2 0 .1 3 3 4 6 7 7 7 3 .9 ( ) 2 0 0 0 ( )4 aN F N?? ? ? ? ? ? 所以絲杠強(qiáng)度符合要求。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 經(jīng)過(guò)上面的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，設(shè)計(jì)的滾珠絲杠符合設(shè)計(jì)的要求。 10） 確定滾珠絲杠副的螺母型號(hào)及規(guī)格代號(hào) 選擇南京工藝裝備制造廠的法蘭直筒組合雙螺母墊片預(yù)緊，采用內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)反向器，規(guī)格型號(hào)為： FFZD2505— 3 滾珠絲杠的螺紋底徑： d2= 滾珠絲杠的額定動(dòng)載荷： Ca=10200(N) 11） 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì)： 滾 珠絲杠副的螺紋長(zhǎng)度 eus LLL 2?? eL 余程 得 eL =24mm uL 行程 +螺母長(zhǎng)度 =430+113=543mm sL =543+2 24=591mm 取滾珠絲杠總長(zhǎng)度為 800mm 圖 滾珠絲杠副零件圖 垂直進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選用與校核 垂直進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選用 在設(shè)計(jì)垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)是先預(yù)選擇傳動(dòng)絲杠的導(dǎo)程為 5mm。因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的分辨率一定要在 10000/r 以上。為達(dá)到較高的精度，選擇滾珠絲杠作為傳動(dòng)絲杠，但同時(shí)引起了另一個(gè)問(wèn)題：滾珠絲杠副由于傳動(dòng)效率高，不能自鎖，在用語(yǔ)垂直方位傳動(dòng)時(shí)，如果部件重量沒(méi)有平衡，必須防止當(dāng)傳動(dòng)停止或電動(dòng)機(jī)斷電后，因部件自重而產(chǎn)生的逆轉(zhuǎn)動(dòng)。必須采用防逆轉(zhuǎn)裝置 [14]。 防逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)可以采用超越離合器或不能逆轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。在本設(shè)計(jì)中，采用后者。通過(guò)查閱相關(guān)資料，找到了一種很適合本設(shè)計(jì)的電機(jī)。該電機(jī)是松下電器制造 的一款伺服電機(jī)，其型號(hào)為： MGMA032C1H[9]。 該電機(jī)不僅帶有制動(dòng)器，并且還自帶編碼器， 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 其絕對(duì)量式的分辨率達(dá)到 17 位， 172 131072? ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了要求的 10000/r 的分辨率，可以很好的達(dá)到精度要求。這樣的話(huà)，不僅很好的解決了制動(dòng)問(wèn)題，還簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，有著很好的效益。但由于 131072 不為 10000 的整數(shù)倍，也存在一定的系統(tǒng)誤差 50. 00 1 13 0. 00 05 04 08 9 0. 50 40 89131072 m m m?? ? ? ? 相對(duì)于 1 m? 可以忽略。 伺服電機(jī)的較核 電機(jī)功率計(jì)算 : 電機(jī)功率 kmgvPd ? 取剛性聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 1? = ，軸承效率 2? = ， 滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為 3? =， 則 21 2 3? ? ? ?? = = 載荷系數(shù) k取 k=2 v=400mm/min=則 dP = ?????k m g v= 聯(lián)軸器選用 計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 9 5 5 0 ( . )ww z t w z t nPTc TK KK K K KK K T N mn? ? ? （ ） 式中： T—— 理論轉(zhuǎn)矩， 。 wP —— 驅(qū)動(dòng)功率， kW。 n—— 工作轉(zhuǎn)速， r/min。 wK —— 動(dòng)力機(jī)系數(shù)，查表取 ； K —— 工況系數(shù)，查表取 ； zK —— 啟動(dòng)系數(shù)，查表取 ； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) tK —